Científicos de la Universidad Federal de Siberia (SFU) y la Academia de Ciencias de Rusia han utilizado un nuevo método para sintetizar el granate hierro-disprosio. Los materiales magnéticos de esta clase se utilizan en equipos de microondas y fotones magnéticos. El granate hierro-disprosio está poco estudiado y puede tener propiedades previamente desconocidas. El artículo fue publicado en Ciencia e Ingeniería de los Materiales .

Aunque el método de precipitación por intercambio de resina aniónica se conoce desde la década de 1960, solo se ha utilizado para sintetizar los hidróxidos de aluminio, cromo (III), hierro (III), indio (III), y varios otros compuestos. No se han realizado avances valiosos en esta área en los últimos 40 años, y casi no hay publicaciones modernas al respecto. Un equipo de científicos siberianos fue el primero en utilizar resina de intercambio aniónico para obtener sistemas de óxidos complejos. Este trabajo es parte de una serie de publicaciones preparadas por científicos de SFU y la Academia de Ciencias de Rusia.

"Nuestro laboratorio ha estado trabajando en el método de precipitación de intercambio de resina aniónica aplicable a diferentes sistemas durante dos décadas, y usándolo hemos obtenido materiales con propiedades magnéticas, "dijo Svetlana Saikova, profesor del departamento de química inorgánica de SFU, y doctor en química.

La precipitación por intercambio de resina aniónica es un método de la denominada química "húmeda". El proceso tiene lugar a temperatura ambiente y a presión atmosférica. El producto se sintetiza a partir de una mezcla de soluciones acuosas de sales, pero en lugar de los tradicionales agentes de precipitación (álcali o amoniaco) se utiliza una resina de intercambio aniónico. Es un polímero, una matriz insoluble en forma de microperlas pequeñas (de 0,25 a 0,5 mm de radio) que atrapan los aniones de las sales iniciales.

La precipitación tradicional de metales a menudo conduce a la formación de depósitos sueltos no cristalinos (es decir, partículas finamente dispersas sin ninguna estructura) que son difíciles de separar del electrolito sumergido. El uso de resina de intercambio aniónico evita la contaminación del producto con cationes. Es más, debido al hecho de que los aniones de la sal inicial son atrapados por perlas de polímero, los científicos podrían obtener hidróxidos metálicos puros. Es más, la precipitación de intercambio de resina aniónica tiene buenos resultados, a medida que los iones de la solución forman compuestos insolubles o se transfieren a la fase sorbente.

Otra ventaja de este método es que produce el producto en condiciones controladas sin altas temperaturas ni sustancias agresivas. Todos los productos de reacción se generan al mismo tiempo, lo que facilita su interacción posterior.

Debido a la capacidad de optimizar la correlación entre las sustancias que reaccionan, para elegir la resina de intercambio iónico, y, si es requerido, para agregar sustancias que regulan la tasa de precipitación al sistema, los científicos pueden realizar la síntesis con valores de pH fijos. Es importante, si el producto final debe tener ciertas propiedades, tales como fases metaestables o activas, lo cual es imposible durante la subsidencia alcalina regular debido al efecto de sobresaturación local.

Este método es mucho más conveniente, más económico, y mejor controlado que el método de síntesis de granate en fase sólida que se utiliza hoy en día para obtener la mayoría de compuestos con estructura de granate. En este método, Las mezclas finamente molidas con una composición particular se cuecen al aire o al vacío a diferentes temperaturas. Teniendo en cuenta las propiedades requeridas del producto final, se selecciona una temperatura dentro del rango de 1300-1350 °. Es más, para que la composición sea homogénea, la molienda y el horneado se realizan varias veces.

El depósito obtenido en el curso de la subsidencia del intercambio aniónico también se procesa con calor. Sin embargo, requiere 700-900 ° y menos tiempo de horneado. Todos los productos se reducen al mismo tiempo, los componentes comienzan a interactuar en la etapa de reacción, y el procesamiento térmico adicional solo aumenta la velocidad de interacción. Debido a la alta actividad de los precursores nanométricos (sustancias que participan en la reacción), Los materiales obtenidos mediante este método pueden tener propiedades inusuales.

En particular, este método permitió a los científicos sintetizar una sustancia con la fórmula Dy3Fe5O12:granate de hierro-disprosio. Los métodos físicos mostraron que los depósitos consistían en nanopartículas de 2-30 nm con estructura cristalina. Las propiedades magnéticas del granate se estudiaron mediante dicroísmo circular magnético.

El interés en estas sustancias está determinado por la amplia gama de propiedades físicas del granate. Por ejemplo, almandina, granate de hierro natural y aluminio (Fe ₃ Alabama ₂ Si ₃ O ₁₂ ) se utiliza a menudo en joyería debido a su color carmesí brillante y su dureza. Muchos granates tienen propiedades magnéticas, así como. En particular, aluminio-itrio (Y ₃ Alabama ₅ O ₁₂ ) y los granates de hierro-itrio (Y3Fe5O12) están ampliamente difundidos y bastante bien estudiados. Son ampliamente utilizados como componentes de dispositivos de microondas, circuladores, conmutadores de fase, dispositivos de fotones magnéticos y aislantes. Los nanocristales de estos materiales juegan un papel muy importante en la producción de materiales magnéticos. Los autores estudiaron las propiedades magnéticas del granate hierro-disprosio y descubrieron que cambiaban si se reemplazaba el itrio por disprosio. El grupo planea un estudio extenso de granates con itrio reemplazado con otros elementos de tierras raras.